构建应急通信系统的方法及应急通信系统

摘要

本发明有关于一种构建应急通信系统的方法及应急通信系统，其中该方法包括：步骤一，在应急场所部署应急基站和应急网关，应急基站之间通过应急网关组建应急通信网络；步骤二，当处于应急场所的用户终端驻入应急通信网络，应急基站接收用户终端的注册请求，并将该注册请求发送给应急网关，应急网关关闭对用户终端的认证鉴权过程，接纳用户终端；步骤三，用户终端进行语音、视频和/或数据传送通信业务。本发明能够在公用移动通信基础设施失效的情况下利用Femtocell专用网络快速部署应急通信网络，为应急或救灾通信提供便利，亦可用于其他专用通信场景，如矿井、户外等。

说明书

技术领域

本发明属于移动通信Femtocell技术领域，特别是利用移动通信Femtocell 作为接入技术，结合核心网网关技术构建应急通信系统的一种方法与所构建的 应急通信系统。

背景技术

Femtocell是一种小功率移动通信基站，该基站利用现有的通信技术，工 作在授权的频段，将标准的终端通过宽带接入到运营商核心网络。Femtocell 基站具有自组织、自配置、自优化，异部署，低成本等优点。Femtocell基站 不需要严格网络规划，采取即插即用的方式便能工作。另一方面手机终端已经 成为非常普遍的通信工具，成年人基本上人手均有一台。

当严重的自然灾害发生时，通信基础设置通常会瘫痪，而用户的手机终端 可能能够继续工作。由于手机的普及性，当发生应急环境下，利用现有的手机 终端进行应急通信的话，成本最低也最为便捷。

利用Femtocell技术，无需复杂的网络规划，就可以快速组建低成本的通 信网络。利用核心网相关技术，可以将Femtocell网关进行功能增强，使之成 为具有核心网功能的应急专用网关，便能通过应急网关加基于Femtocell的应 急基站组成独立的应急通信网络。通过修改移动通信中的认证鉴权流程，利用 移动通信认证鉴权发起的单向性，从而关闭认证鉴权过程，即可在没有运营商 核心网参与的情况下利用标准的手机终端便能在应急环境中进行通信。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种构建应急通信系统的方法及应急通信系统， 用于通过Femtocell专用网络构建应急通信系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种构建应急通信系统的方法，其特征在 于，包括：

步骤一，在应急场所部署应急基站和应急网关，应急基站之间通过应急网 关组建应急通信网络；

步骤二，当处于应急场所的用户终端驻入应急通信网络，应急基站接收用 户终端的注册请求，并将该注册请求发送给应急网关，应急网关关闭对用户终 端的认证鉴权过程，接纳用户终端；

步骤三，用户终端进行语音、视频和/或数据传送通信业务。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤一中，还包括：

应急基站根据应急场所的大小均匀部署。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤一中，

应急基站为具有多模的基站，支持GSM、TD-SCDMA、WCDMA等网络 制式；

应急网关为集中式部署网关，接入多个应急基站，采用标准的Iuh接口与 应急基站进行通信。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤一中，还包括：

应急基站通过以太网接口、Wifi无线通信接口或WiMax无线通信接口与 应急网关之间建立IP链路连接。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤一中，

应急基站为Femtocell基站，应急网关为具有核心网功能的网关，应急网 关集成了Femtocell网关、MSC、MGW、SGSN、GGSN、HLR/VLR核心网网 元功能。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤二中，还包括：

应急网关利用UMTS认证鉴权发起的单向性以及TD-SCDMA终端对认证 鉴权流程不做强制要求来关闭认证鉴权过程。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤二中，还包括：

应急网关在应急环境下向用户终端广播短消息。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤二中，还包括：

应急网关为用户终端分配临时号码或根据IMSI号码计算临时号码，并以 短消息方式通知用户终端。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤二中，还包括：

对需要强制鉴权才能工作的用户终端，应急网关对终端鉴权失败，则该用 户终端工作在仅限紧急呼叫模式，工作在仅限紧急呼叫模式的用户终端通过拨 打紧急呼叫号码的方式接入应急通信网络，应急通信网络将紧急呼叫转移到指 定指挥中心或救援人员。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤三中，还包括：

应急网关根据用户终端接入的应急基站的位置定位用户终端的位置，并指 挥救援人员施展救援工作。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤三中，还包括：

当用户终端移动时，应急网关完成用户终端在不同应急基站之间的切换。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤三中，还包括：

应急基站当电源不足时，向应急网关通告告警。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤三中，还包括：

应急网关通过卫星方式与外界进行互通，用户终端通过应急网关提供的业 务以卫星方式与外界互通。

所述的构建应急通信系统的方法，其中，所述步骤三中，还包括：

应急场所中的救援人员通过视频呼叫、上传视频或支持3G摄像头的方式 将应急场所中的信息通过应急网关提供的数据业务回传给指挥中心，以供指挥 中心进行处理。

为了实现上述目的，本发明提供一种应急通信系统，其特征在于，包括： 应急基站、应急网关；

应急基站和应急网关部署在应急场所，应急基站之间通过应急网关组成应 急通信网络；

应急基站当处于应急场所的用户终端驻入应急通信网络时，接收用户终端 的注册请求，并将该注册请求发送给应急网关；

应急网关关闭对用户终端的认证鉴权过程，接纳用户终端，用户终端进行 语音、视频和/或数据传送通信业务。

所述的应急通信系统，其中，应急网关为集中式部署网关，接入多个应急 基站，采用标准的Iuh接口与应急基站进行通信。

所述的应急通信系统，其中，应急基站通过以太网接口、Wifi无线通信接 口或WiMax无线通信接口与应急网关之间建立IP链路连接。

所述的应急通信系统，其中，应急基站为具有多模的基站，支持GSM、 TD-SCDMA、WCDMA等网络制式。

所述的应急通信系统，其中，应急基站为Femtocell基站，应急网关为具 有核心网功能的Femtocell网关。

所述的应急通信系统，其中，应急基站根据应急场所的大小均匀部署。

所述的应急通信系统，其中，应急网关利用UMTS认证鉴权发起的单向 性以及具备UMTS制式的终端对认证鉴权流程不做强制要求来关闭认证鉴权 过程。

所述的应急通信系统，其中，应急网关为用户终端分配临时号码或根据 IMSI号码计算临时号码，并以短消息方式通知用户终端。

所述的应急通信系统，其中，应急网关根据用户终端接入的应急基站的位 置定位用户终端的位置，并指挥救援人员施展救援工作。

所述的应急通信系统，其中，应急网关还用于当用户终端移动时，完成用 户终端在不同的应急基站之间的切换。

所述的应急通信系统，其中，应急基站还用于当电源不足时向应急网关通 告告警。

所述的应急通信系统，其中，应急网关通过卫星方式与外界进行互通，用 户终端通过应急网关提供的业务以卫星方式与外界互通。

所述的应急通信系统，其中，应急网关还用于将应急场所中的救援人员通 过视频呼叫、上传视频或支持3G摄像头的方式传送的应急场所中的信息回传 给指挥中心，以供指挥中心进行处理。

所述的应急通信系统，其中，应急通信系统用于应急通信和/或矿井、户 外通信场景。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

本发明能够在公用移动通信基础设施失效的情况下快速部署应急通信系 统，并且利用现有的手机终端，能进行应急通信，为应急或救灾通信提供便利； 本发明是利用Femtocell专用网络构建应急通信网络，其无需运营商核心网参 与，无需特殊终端，并能迅速组建应急通信网络，具有低成本、可靠、有效、 易部署、便利等特点。具体为：

1)利用Femtocell基站作为应急基站。具有无需改变终端，低成本、快速 部署应急通信网络；

2)利用核心网技术对Femtocell网关进行增强，具有核心网和业务网关相 关功能。利用应急基站和应急网关便能组建应急通信网络，无需运营商核心网 的参与，网内用户便能直接进行通信，并支持终端移动性；

3)在应急网关侧关闭认证鉴权过程。使得任意同制式的移动用户均可以 接入到应急通信网络中，从而保证了救援人员和被困人员直接进行对话；

4)利用应急基站对被困用户进行定位，用于发现有被困人员，定位被困 人员。

附图说明

图1是本发明的应急通信网拓扑示意图；

图2a是本发明的应急通信系统控制面协议栈；

图2b是本发明的应急通信系统用户面协议栈；

图3是本发明的应急通信网络部署流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。

如图1所示，是本发明的应急通信网拓扑示意图。该图描述了一个应急事 故救援现场，通信设施全部瘫痪，灾民可能被困在户内或者户外，救援人员奔 赴灾区。应急通信系统的指挥中心即是本应急通信系统的应急网关。

该应急通信系统由应急基站和应急网关系统组成。该应急通信系统将普通 移动终端接入应急通信网络，并进行语音、视频、数据传送等通信业务。

应急基站具有Femtocell网关的汇聚功能和核心网的交换和增强的业务功 能，能提供核心网业务，并能对认证鉴权等流程进行修改、增强。应急基站利 用蓄电池作为供电电源，并采用功放器对信号进行放大，具备比通常Femtocell 基站更大的容量和功能。应急基站采取具有自组织、自配置、即插即用特性的 Femtocell基站，根据地理位置均匀地部署在不同位置。应急基站与应急网关 可以通过电缆、网线、以太网接口或其他无线通信接口(如WiMax、Wifi等 作为回程接口)等方式连接。

应急网关可以接入多个应急基站，应急网关与应急基站之间的通信方式采 取标准的Iuh接口。应急网关亦可以通过卫星通信等方式与运营商核心网进行 互联。

应急基站满足Femtocell自组织、自配置等功能。其能根据周围环境采取 合适的频点，恰当的功率等。应急基站为多模基站，满足应急区域多种制式通 信方式的需要。

应急网关为集中式部署网关，接入部署的多个应急基站。

应急网关能完成移动终端的移动性管理、呼叫控制、会话管理，提供电路 域、数据域基本业务，并提供短消息、彩信、呼叫中心等业务功能。

在与运营商核心网互联的情况下，应急网关可以作为Femtocell网关使用， 同时也可以提供增强功能，在不与运营商核心网连接的情况下充当核心网功 能，具有核心网的功能，应急网关集成了Femtocell网关、MSC、MGW、SGSN、 GGSN、HLR/VLR等核心网网元功能。

应急网关采取修改的移动性管理流程，通过跳过移动终端接入过程的认证 鉴权过程，在没有核心网数据的条件下能够接纳所有同制式的移动终端，在应 急场所无需运营商核心网的参与便可以将所有的移动终端接入到应急通信网 络中。

应急网关利用UMTS认证鉴权发起的单向性以及TD-SCDMA终端对认证 鉴权流程不做强制要求来关闭认证鉴权过程。

应急网关提供短消息广播的功能，在应急环境下能给接入终端广播短消 息。

应急网关给接入终端分配临时手机号码，或者根据用户IMSI号码计算临 时手机号码，并以短消息的形式通知接入终端，通过临时手机号码，手机之间 才能相互拨打，这样救灾人员可以通过拨打被困人员的临时手机号码进行通 信。

对需要强制鉴权才能工作的用户终端(如WCDMA终端)，应急网关对 终端鉴权失败，则该用户终端工作在仅限紧急呼叫模式，工作在仅限紧急呼叫 模式的用户终端通过拨打紧急呼叫号码的方式接入应急通信网络，应急通信网 络将紧急呼叫转移到指定指挥中心或救援人员。

应急网关将呼叫转接到呼叫中心/指挥中心，也可以直接转交给被叫终端。

应急网关截获用户的紧急呼叫，并将紧急呼叫转接给呼叫中心/指挥中心， 指挥中心工作人员便能与被困人员通话，了解被困状况，指派救援人员进行救 助。

救援人员可以将灾区场景通过支持3G的摄像头通过应急网关提供的IP 数据业务(数据业务即指手机上网业务，与话语业务对应)进行视频监控或视 频数据传送。

应急网关可以根据被困终端接入的应急基站位置定位被困用户位置，并指 挥附近救援人员施展救援。

该应急通信网络也可以部署于特定场合构建专用通信网络。

该应急通信方案通过与运营商核心网相连便能组成公用场所网络应急扩 容方案。

救援人员采用普通手机的SIM卡或特制SIM卡，或配置具有3G模块的 无线摄像头进入灾区，特制SIM卡可以对救援人员号码事先配置，便于指挥 管理，并与被困人员区分开来。应急通信网络部署后，被困人员的手机能自动 检测到网络并驻入应急通信网络。应急基站接纳用户请求并将用户请求发给应 急网关，应急网关检测到有新用户接入，跳过认证鉴权过程，直接接纳该用户， 并给该用户分配临时电话号码，同时给该用户发送安抚短信，告知可拨打电话 或其他有用信息，同时可以通知处于该区域的救援人员。救援人员或应急网关 也可以直接拨打该用户电话试图与用户取得联系。当情况复杂的时候，救援人 员也可以直接利用3G无线摄像头将情况实时传送回指挥中心，指挥中心可以 得到实时监控图像，便于指挥救助。指挥中心可以通过应急网关向被困人员定 期广播短消息，以精神鼓励。

如图2a、图2b所示，分别是本发明的应急通信系统控制面、用户面协议 栈。

其中，移动终端协议栈为标准UMTS移动终端协议栈，即该方案不需要 特殊终端，普通UMTS商用终端即可工作。应急基站的控制面和用户面采用 的是标准的3GPP R8定义的Femtocell协议栈，应急网关用户采用标准3GPP R8定义的Iuh协议栈，包括控制面和用户面。并在Iuh协议栈之上采用标准的 UMTS NAS协议栈，用于完成专用网关与终端之间的通信，满足终端非接入 层业务需求。

如图3所示，为本发明利用Femtocell及专用网关技术构建应急通信系统 的方法，本方法利用Femtocell和应急网关结合在一起，能在较短的时间内以 较低的成本部署移动通信网络，无需运营商核心网的参与，便将现有的手机终 端接入到紧急通信网络中，在通信设施受到破坏的环境下能迅速恢复通信网 络，提供语音、视频等业务，使得救援人员之间，救援人员与被困人员之间能 直接通过现有手机进行通信。并可以通过设置紧急呼叫中心，接通紧急呼叫； 广播短消息等功能为应急通信提供便利，并可以通过定位手机位置的方式在救 灾场景发挥突出作用。本通信方案亦可以用于其他专用场景通信。

其中的应急通信网络部署组建流程如下：

步骤301，出现应急场景，如地震等，通信设施瘫痪，需要部署应急通信 网，或者在没有移动通信的场所需要部署专用移动通信网络；

步骤302，部署应急网关，部署网络互连设备；

其中，通过人工部署、空投等方式投递应急网关，应急网关为具有核心网 功能的Femtocell网关，能接入Femtocell基站并提供基本的移动通信服务。

应急网关配置为应急模式，根据应急场景的不同做相应设置，如无公网模 式的应急通信则可以设置为接纳所有用户并关闭对用户鉴权，便于在无公网的 参与下为标准移动通信终端提供应急通信。

步骤303，根据地理位置均匀部署应急基站；

其中，通过人工部署、空投等方式投递应急基站，应急基站可根据应急场 所的大小均匀部署。应急基站为具有多模的基站设备，如支持GSM， TD-SCDMA，WCDMA，LTE等网络制式。

步骤304，应急基站启动，建立与应急网关之间的网络连接(如IP链路 连接)，应急基站向应急网关注册成功，在应急网关的配合下进行自动配置。

其中，IP链路可以以太网或者采用Wifi，WiMax等无线连接。应急基站 调整好频率、功率等无线参数向应急网关注册。

应急基站配置有应急网关的地址，开机后自动与应急网关建立连接，应急 基站在应急网关的协调下进行自配置，并将配置的频点、扰码等信息反馈给应 急网关，供后续应急基站自动配置时协调使用(即协助应急基站完成配置)。 应急基站与应急网关在配置上的接口可以采取标准的TR-069接口。

步骤305，应急基站通过GPS信号获得时钟同步，在无法获取GPS信号 的情况下则通过扫描侦听宏基站信号并与宏基站取得同步，若目标区域亦无宏 基站信号，则依次打开应急基站，后续应急基站以相邻应急基站为准进行同步。 应急基站通过扫描侦听自动获取无干扰频点，并工作在无干扰频点上，进入下 一步；其中，宏基站为通常运营商部署的移动通信基站。

步骤306，网络部署完毕，通过应急基站，灾区恢复移动通信覆盖，救援 人员在应急网关登记所需使用的移动终端的手机卡(SIM/USIM卡)的基本信 息，如IMSI号码，分配的手机号码等。救援人员携带手机终端、3G摄像头等 移动设备进入应急地带；

该步骤中，登记用于救灾通信的手机卡的基本信息，记载IMSI号码，并 可以任意分配应急手机号码，登记了号码的用户之间才能根据号码相互拨打电 话。

步骤307，应急网络部署完成后，目标区域恢复移动通信覆盖，目标区域 中的手机将自动请求驻入网络。应急基站收到移动用户接入请求，并把相应请 求交给应急网关，应急网关判断接入终端属性，若为专用网络签约用户(即登 记SIM卡/USIM卡信息的用户)，则按正常流程准许接入，若为未登记用户 且网关工作的应急模式，则跳过认证鉴权过程准许用户接入。若用户手机成功 接入，则工作在正常模式，若用户手机不能接入，则工作在“仅限紧急呼叫” 模式，没有用户接入的情况则没有处理动作；

通过应急基站，向网络注册。注册信息通过应急基站发送给应急网关，应 急网关在需要的情况向指挥中心报告用户位置(基站号)，如地震用于救援。 应急网关接纳用户注册，并根据需要给用户发送短信进行通告。应急网关给用 户分配临时号码，也可以通过其他与用户交互方式让用户登记手机号码，并保 存在数据库中。

步骤308，应急网关根据被困终端接入的应急基站的位置(基站号)定位 被困用户位置；

步骤309，应急网关根据被困用户位置，通知附近救援人员展开相关救援 工作；

步骤310，救援人员可以直接通过手机进行语音、视频等通信与被困用户 进行联系；

应急网关可以选择将被困用户呼叫先接入指挥中心，便于指挥中心指挥。 在呼叫中心或指挥中心忙的情况下可以直接通过播放回铃音的方式向被困用 户传递有用信息。

进一步地，救援人员也可以通过视频呼叫或者上传视频或者采取3G摄像 头的方式将应急场景中的信息通过专用网络提供的数据业务回传给指挥中心， 指挥中心可以获得实时视频监控画面，便于指挥救灾。

进一步地，当被困用户移动的时候，应急网关完成被困用户在不同应急基 站之间的切换。

进一步地，应急网关可以通过卫星等方式与外界进行互通，用户也可以通 过应急网关提供的业务以卫星方式与外界进行互通。

进一步地，当应急基站电源不足时，可以向应急网关通告告警，以免中断 服务。

步骤311，被困人员可以通过拨打短信广播中指定的特定号码与救援人员 或指挥中心取得联系；处于“仅限紧急呼叫”模式的用户通过拨打紧急呼叫， 紧急呼叫会被网关自动转接到特定号码，与指挥中心或救援人员取得联系。

本发明提供了一种利用Femtocell专用网络构建应急通信系统的方法，该 方法利用Femtocell基站自组织、自配置、自管理、自优化、易部署、即插即 用、成本低等特点，能迅速部署专用应急通信网络，给手机终端提供通信服务， 为指挥中心提供指挥、视频监控，为灾害救援提供便利。使得部署变得非常简 便。

当一次灾难性事件发生时，地面基础通信设施很有可能已破坏，而用户移 动终端依然完好，但是不能享受运营商提供的通信服务。在开展救援过程中， 救援人员之间需要交换信息，部门和部门之间需要交换信息，部门与远程指挥 中心之间需要交换信息，前线工作人员可能需要通过摄像头等将图像、视频传 送给指挥中心，这就需要快速地组建一个临时应急通信网络，使得救援人员之 间能够相互沟通，被困人员能与救援人员或者指挥中心取得联系，并提供快速 的视频监控系统。本发明充分利用移动终端的普及性和Femtocell的特点，采 用Femtocell基站作为应急基站。应急基站之间通过应急网关组成应急通信网 络，应急网关采用移动通信核心网相关技术，包含了核心网MSC(移动交换 中心)、MGW(媒体网关)、SGSN(服务GPRS业务节点)，GGSN(网关 GPRS业务节点)、HLR(归属寄存器)、VLR(拜访寄存器)相关实体的功 能，对Femtocell网关功能进行增强，使之具有运营商核心网相关功能，并且 利用UMTS认证鉴权发起的单向性，关闭认证鉴权功能，使得任意用户均可 以接入到应急通信网络，并能在地震等场景下根据基站的位置定位用户位置， 使得救援人员可以随时与被困人员进行沟通，并能了解被困人员的大体位置， 为救援提供便利。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。